Ausrichtung, Neigungswinkel
Sonnenstrahlung
Die Sonne ist die mit Abstand größte regenerative Energiequelle ! Bei optimalen Wetterbedingungen und hohen Sonnenständen sind Einstrahlungsstärken von 1.000 W/m² möglich, die sich kurzfristig durch Reflexion bis auf 1.200 W/m² erhöhen können. In den Morgen- u. Abendstunden reduziert sich die Einstrahlungsstärke aufgrund des längeren Weges der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre. Niedrigere Sonnenstände im Winter können ebenfalls die Einstrahlungsstärke ermäßigen. Eine erhebliche Reduzierung wird durch Wolken herbeigeführt. Die örtliche Strahlungsstärke ist nicht allein aufgrund der Breitengrade zu bemessen. Der Unterschied zwischen Sommer und Winter an den jeweiligen Orten führt zu stark abweichenden Ergebnissen.
Einstrahlungsstärke
Die globale Einstrahlungsstärke besteht aus der direkten und der diffusen Sonnenstrahlung, die durch Reflexion, Streuung und Absorption der direkten Sonnenstrahlung entsteht. An Tagen mit niedriger Gesamteinstrahlung ist der Diffusanteil besonders hoch (bis 100 %) und sinkt mit dem steigenden Grad der Gesamteinstrahlung bis 20 %. Die direkte Strahlung kommt grundsätzlich aus der Sonnenrichtung, die diffuse Strahlung besitzt keine definierte Richtung.
Einstrahlungsrichtung
Die Einstrahlungsstärke auf eine senkrecht zur Sonne geneigte Fläche ist größer als die direkte Einstrahlungsstärke auf der Horizontalen. Das Bild zeigt die Einstrahlung des Sonnenlichts auf eine horizontale Fläche "Ahor" und eine Fläche "As" senkrecht zur Einfallsrichtung.
Die Einstrahlungsleistung ist zwar bei einer horizontalen Fläche gegenüber einer geneigten gleich, wird aber mit einer kleineren Sonnenkollektorfläche erfaßt. Daraus ergibt sich eine höhere Effizienz bei geneigten Flächen. Das Ergebnis bei geneigten Flächen wird noch durch die Reflexion des diffusen Sonnenlichtes von der Dachfläche verbessert, die bei horizontalen Flächen entfällt.
Optimal für eine über den Tagesablauf maximale Einstrahlung ist die Südausrichtung. In einem großen Winkelbereich sind die Energieverluste bei nicht optimal ausgerichteten Dachflächen jedoch relativ gering. Je weiter die Ausrichtung von der Südrichtung abweicht, desto geringer kann die Neigung der Kollektorfläche sein, um gleichwertige Ergebnisse zu erzielen.
Zusammenspiel zwischen Ausrichtung und Neigungswinkel
Die Grafik zeigt die Änderung der jährlichen solaren Einstrahlung in Abhängigkeit von Ausrichtung und Neigung im Vergleich zur Horizontalen. Beispiel:
- Ausrichtung: 0°, Neigungswinkel: 35° = Energieertrag: 105 - 110 % (gelber Bereich)
- Ausrichtung: -50°, Neigungswinkel: 40° = Energieertrag: 100 - 105 % (orangefarbener Bereich)
- Ausrichtung: 90°, Neigungswinkel: 45° = Energieertrag: 85 - 95 % (grüner Bereich)
Grafiken mit Genehmigung des Hanser-Verlages
